Un vuelo espacial orbital (o vuelo orbital ) es un vuelo espacial en el que se coloca una nave espacial en una trayectoria en la que podría permanecer en el espacio durante al menos una órbita . Para hacer esto alrededor de la Tierra , debe estar en una trayectoria libre que tenga una altitud en el perigeo (altitud en el máximo acercamiento) de alrededor de 80 kilómetros (50 millas); este es el límite del espacio definido por la NASA , la Fuerza Aérea de EE.UU. y la FAA . Para permanecer en órbita a esta altitud se requiere una velocidad orbital de ~7,8 km/s. La velocidad orbital es más lenta para órbitas más altas, pero alcanzarlas requiere un mayor delta-v . La Fédération Aéronautique Internationale ha establecido la línea Kármán a una altitud de 100 km (62 millas) como una definición práctica para el límite entre aeronáutica y astronáutica. Esto se utiliza porque a una altitud de aproximadamente 100 km (62 millas), como calculó Theodore von Kármán , un vehículo tendría que viajar más rápido que la velocidad orbital para obtener suficiente sustentación aerodinámica de la atmósfera para sostenerse. [1] : 84 [2]
Debido a la resistencia atmosférica , la altitud más baja a la que un objeto en órbita circular puede completar al menos una revolución completa sin propulsión es de aproximadamente 150 kilómetros (93 millas).
La expresión "vuelo espacial orbital" se utiliza principalmente para distinguir de los vuelos espaciales suborbitales , que son vuelos en los que el apogeo de una nave espacial alcanza el espacio, pero el perigeo es demasiado bajo. [3]
Los vuelos espaciales orbitales desde la Tierra sólo se han logrado mediante vehículos de lanzamiento que utilizan motores de cohetes para su propulsión. Para alcanzar la órbita, el cohete debe impartir a la carga útil un delta-v de aproximadamente 9,3 a 10 km/s. Esta cifra es principalmente (~7,8 km/s) para la aceleración horizontal necesaria para alcanzar la velocidad orbital, pero tiene en cuenta la resistencia atmosférica (aproximadamente 300 m/s con el coeficiente balístico de un vehículo de combustible denso de 20 m de largo), las pérdidas de gravedad (dependiendo de tiempo de combustión y detalles de la trayectoria y del vehículo de lanzamiento), y ganando altitud.
La principal técnica probada consiste en lanzarse casi verticalmente durante unos pocos kilómetros mientras se realiza un giro por gravedad , y luego aplanar progresivamente la trayectoria a una altitud de más de 170 km y acelerar en una trayectoria horizontal (con el cohete inclinado hacia arriba para luchar contra la gravedad y mantener la altitud). ) durante 5 a 8 minutos hasta que se alcance la velocidad orbital. Actualmente, se necesitan de 2 a 4 etapas para lograr el delta-v requerido. La mayoría de los lanzamientos se realizan mediante sistemas de lanzamiento prescindibles .
En cambio, el cohete Pegasus para satélites pequeños se lanza desde un avión a una altitud de 12 km (39.000 pies).
Se han propuesto muchos métodos para lograr vuelos espaciales orbitales que tienen el potencial de ser mucho más asequibles que los cohetes. Algunas de estas ideas, como el ascensor espacial y el rotovator , requieren nuevos materiales mucho más resistentes que los conocidos actualmente. Otras ideas propuestas incluyen aceleradores terrestres como bucles de lanzamiento , aviones/aviones espaciales asistidos por cohetes como Reaction Engines Skylon , aviones espaciales propulsados por scramjet y aviones espaciales propulsados por RBCC . Se ha propuesto el lanzamiento de armas para carga.
Desde 2015, SpaceX ha demostrado un progreso significativo en su enfoque más incremental para reducir el costo de los vuelos espaciales orbitales. Su potencial de reducción de costos proviene principalmente de ser pioneros en el aterrizaje propulsor con su etapa propulsora de cohete reutilizable así como su cápsula Dragon , pero también incluye la reutilización de otros componentes como los carenados de carga útil y el uso de la impresión 3D de una superaleación para construir estructuras más eficientes. motores de cohetes, como su SuperDraco . Las etapas iniciales de estas mejoras podrían reducir el costo de un lanzamiento orbital en un orden de magnitud. [4]
Un objeto en órbita a una altitud de menos de 200 km aproximadamente se considera inestable debido a la resistencia atmosférica . Para que un satélite esté en una órbita estable (es decir, sostenible durante más de unos pocos meses), 350 km es una altitud más estándar para la órbita terrestre baja . Por ejemplo, el 1 de febrero de 1958 el satélite Explorer 1 fue lanzado a una órbita con un perigeo de 358 kilómetros (222 millas). [5] Permaneció en órbita durante más de 12 años antes de su reingreso a la atmósfera sobre el Océano Pacífico el 31 de marzo de 1970.
Sin embargo, el comportamiento exacto de los objetos en órbita depende de la altitud , su coeficiente balístico y los detalles del clima espacial que pueden afectar la altura de la atmósfera superior.
Hay tres "bandas" principales de órbita alrededor de la Tierra: órbita terrestre baja (LEO), órbita terrestre media (MEO) y órbita geoestacionaria (GEO).
Según la mecánica orbital , una órbita se encuentra alrededor de la Tierra en un plano particular, en gran parte fijo, que coincide con el centro de la Tierra y que puede estar inclinado con respecto al ecuador. El movimiento relativo de la nave espacial y el movimiento de la superficie de la Tierra, a medida que la Tierra gira sobre su eje, determinan la posición en la que aparece la nave espacial en el cielo desde la Tierra y qué partes de la Tierra son visibles desde la nave espacial.
Es posible calcular una trayectoria terrestre que muestre sobre qué parte de la Tierra se encuentra inmediatamente una nave espacial; esto es útil para ayudar a visualizar la órbita.
En los vuelos espaciales , una maniobra orbital es el uso de sistemas de propulsión para cambiar la órbita de una nave espacial . Para las naves espaciales alejadas de la Tierra (por ejemplo, aquellas en órbitas alrededor del Sol), una maniobra orbital se denomina maniobra de espacio profundo (DSM) .
Las naves espaciales que regresan (incluidas todas las naves potencialmente tripuladas) tienen que encontrar una manera de reducir la velocidad tanto como sea posible mientras aún se encuentran en capas atmosféricas más altas y evitar golpear el suelo ( litofreno ) o quemarse. Para muchos vuelos espaciales orbitales, la desaceleración inicial la proporciona el retroencendido de los motores de los cohetes de la nave, perturbando la órbita (al bajar el perigeo a la atmósfera) hacia una trayectoria suborbital. Muchas naves espaciales en órbita terrestre baja (por ejemplo, nanosatélites o naves espaciales que se han quedado sin combustible para mantener la estación o que no funcionan) resuelven el problema de la desaceleración desde velocidades orbitales mediante el uso de la resistencia atmosférica ( aerofrenado ) para proporcionar la desaceleración inicial. En todos los casos, una vez que la desaceleración inicial ha bajado el perigeo orbital hacia la mesosfera , todas las naves espaciales pierden la mayor parte de la velocidad restante y, por lo tanto, de la energía cinética, debido al efecto de arrastre atmosférico del aerofrenado .
El aerofrenado intencional se logra orientando la nave espacial que regresa de manera que presente los escudos térmicos hacia la atmósfera para proteger contra las altas temperaturas generadas por la compresión atmosférica y la fricción causada al atravesar la atmósfera a velocidades hipersónicas . La energía térmica se disipa principalmente mediante compresión, calentando el aire en una onda de choque delante del vehículo utilizando una forma de escudo térmico romo, con el objetivo de minimizar el calor que ingresa al vehículo.
Los vuelos espaciales suborbitales, al ser a una velocidad mucho menor, no generan tanto calor [ se necesita más explicación ] al reingresar.
Incluso si los objetos en órbita son prescindibles, la mayoría [ cuantificar ] las autoridades espaciales [ ejemplo necesario ] están presionando hacia reentradas controladas para minimizar el peligro para las vidas y propiedades en el planeta. [ cita necesaria ]
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